DE10236925A1 - Process for immobilizing molecules on surfaces - Google Patents

Process for immobilizing molecules on surfaces

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Immobilisieren von Molekülen auf Oberflächen vorgeschlagen, wobei eine weitgehend planare Oberfläche mit einem Polymer beschichtet wird und folgend die Moleküle mittels des Polymers auf der Oberfläche immobilisiert werden.A method for immobilizing molecules on surfaces is proposed, wherein a largely planar surface is coated with a polymer and the molecules are subsequently immobilized on the surface by means of the polymer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Immobilisieren von Verbindungen, insbesondere von Molekülen, wie beispielsweise Biomolekülen, auf Oberflächen oder festen Trägern. The present invention relates to a method for Immobilization of compounds, especially molecules, such as for example biomolecules, on surfaces or solid Carriers.

Chip-Verpackungstechniken, bei denen mehrere ICs (integrated circuit) in einem Gehäuse untergebracht werden sind im Stand der Technik bekannt. Dabei werden z. B. beim stacked-die- Aufbau häufig Zwischenschichten aus Polymeren verwendet, welche die Verbindung der übereinander gestapelten ICs herstellen und gleichzeitig die unter Umständen empfindliche Oberseite des unteren Chips mechanisch schützen helfen. Die Herstellung solcher Schichten ist in einigen Fabriken Teil des Serien-Herstellungsprozesses und insbesondere können die Dicken solcher Schichten im Bereich weniger µm und sogar darunter genau eingestellt werden. Chip packaging techniques in which multiple ICs (integrated circuit) are housed in a stand known in the art. Here, for. B. stacked-die- Structure often uses intermediate layers of polymers which is the connection of the stacked ICs produce and at the same time the possibly sensitive Help mechanically protect the top of the bottom chip. The Production of such layers is part of the process in some factories Series manufacturing process and in particular can Thickness of such layers in the range of a few µm and even below it can be set exactly.

Für viele biochemische und biotechnologische Applikationen ist es sinnvoll, Biomoleküle an feste Träger zu immobilisieren. Zur Biokonjugation an anorganische Substrate werden üblicherweise Cross-Linker verwendet, die die Verbindung zwischen der anorganischen Schicht und den Biomolekülen herstellen. Beispielsweise wird in der EP 1132739 B1 ein Verfahren offenbart, welches dazu dient, bei der Biokonjugation Moleküle an anorganische Substrate über Cross-Linker zu binden, wobei solche Cross-Linker beispielsweise Silane sein können. Es wird in der EP 1132739 B1 weiterhin ein Linker-System vorgeschlagen, welches zum Nachweis und zur Isolierung von Biomolekülen und als Bestandteil eines Sensor- oder Biochips bzw. als diagnostisches Instrument eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann so in biochemischen Prozessabläufen ein immobilisiertes Enzym mehrfach verwendet werden. Fernerhin ist die Immobilisierung von Enzymen und anderen Biomolekülen eine Schlüsseltechnologie in der Entwicklung von bio-kompatiblen Implantaten. For many biochemical and biotechnological applications it makes sense to attach biomolecules to solid supports immobilize. For bioconjugation to inorganic substrates typically uses cross linkers that connect between the inorganic layer and the biomolecules produce. For example, EP 1132739 B1 describes a method which is used in bioconjugation Bind molecules to inorganic substrates via cross-linkers, such cross-linkers can be silanes, for example. It is a linker system in EP 1132739 B1 proposed which for the detection and isolation of Biomolecules and as part of a sensor or biochip or can be used as a diagnostic tool. For example, in biochemical processes immobilized enzyme can be used several times. Furthermore, is the immobilization of enzymes and other biomolecules Key technology in the development of bio-compatible Implants.

Es sind insgesamt mehrere Verfahren bekannt, Moleküle - beispielsweise Biomoleküle - an Oberflächen von Trägern zu binden. Im Bereich der Immunologie werden beispielsweise Polystyrenoberflächen wie PolySorp und MaxiSorp eingesetzt, um Biomoleküle an Oberflächen zu binden oder zu konjugieren. A total of several methods are known, molecules - for example biomolecules - on surfaces of supports tie. In the field of immunology, for example Polystyrene surfaces like PolySorp and MaxiSorp are used to Binding or conjugating biomolecules to surfaces.

Aus der EP 0646 038 ist bekannt, passivierte und stabilisierte, poröse Träger herzustellen und zur Biokonjugation zu verwenden. Diese Träger weisen ein umkehrbares hohes Sorptionsvermögen auf, das im wesentlichen nicht einhergeht mit einer nicht-spezifischen Adsorption von Molekülen wie z. B. Proteinen, Polysacchariden oder Oligo- oder Polynukleotiden. Passivated and known from EP 0646 038 to produce stabilized, porous carriers and for bioconjugation use. These carriers have a reversible high Sorption capacity, which is essentially not associated with a non-specific adsorption of molecules such. B. Proteins, polysaccharides or oligo- or polynucleotides.

Ein Verfahren zum Anbringen von Biomolekülen an Oberflächen mittels Linker-ähnlicher Gruppen wird in der DE 100 04 884 beschrieben. Das Verfahren beinhaltet ein in Kontakt bringen des die Linker-ähnlichen Gruppen aufweisenden Polymers mit einer Quelle für Hydroxidionen, wodurch Biomoleküle, wie z. B. Heparin, auf Substratoberflächen aufgebracht werden können. A process for attaching biomolecules to surfaces using linker-like groups is described in DE 100 04 884 described. The process involves a contact of the polymer having the linker-like groups a source of hydroxide ions, which makes biomolecules such. B. Heparin, can be applied to substrate surfaces.

Für den Fachmann sind in dem Zusammenhang der Biokonjugation zwei wesentliche Fragestellungen relevant:

  • a) wie viele Moleküle binden insgesamt auf einer definierten Oberfläche und
  • b) wie viele Moleküle weisen nach dem Prozess der Bindung noch eine Aktivität auf.
Two essential questions are relevant for the specialist in the context of bioconjugation:
  • a) how many molecules bind in total on a defined surface and
  • b) how many molecules still show activity after the binding process.

Nachteilig bei den bekannten Verfahren zur Biokonjugation ist, das Linker eingesetzt werden, um die Moleküle an die Träger zu binden. Die Anwesenheit der Linker setzt die Aktivität der gebundenen Moleküle nachteilig herab. Die bekannten Verfahren sind weiterhin zeitaufwendig und durch den Einsatz der Linker oder der entsprechenden Analoga teuer. A disadvantage of the known methods for bioconjugation is the linker used to attach the molecules to the Tie straps. The presence of the linkers sets the Activity of the bound molecules adversely. The well-known Procedures continue to be time consuming and laborious the linker or the corresponding analogues expensive.

Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das eine einfache und kostengünstige Konjugation oder Immobilisierung von Biomolekülen an einer Oberfläche ermöglicht und bei dem die Aktivität der gebundenen Moleküle weitestgehend erhalten bleibt. The technical on which the present invention is based The problem is to provide a method that a simple and inexpensive conjugation or Immobilization of biomolecules on a surface enables and at largely the activity of the bound molecules preserved.

Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This goal is achieved through a process according to the characteristics of the Claim 1 solved. Advantageous embodiments of the Invention are the subject of the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Immobilisieren von Molekülen auf Oberflächen, ist vorgesehen, eine Schicht eines hydrophoben und insbesondere nicht quellbaren Polymers auf die Oberfläche aufzubringen und Moleküle auf einer Oberfläche der Polymerschicht zu immobilisieren. In the inventive method for immobilizing Molecules on surfaces, is intended to be a layer of one hydrophobic and in particular non-swellable polymer to apply the surface and molecules on a surface immobilize the polymer layer.

Derartige hydrophobe Polymere sind beispielsweise Polyimid oder Polystyrol. Die Oberfläche, auf welche die Polymerschicht aufgebracht ist, besteht vorzugsweise aus einem anorganischen Material, wie beispielsweise einem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, einem Halbleiteroxid, insbesondere Siliziumdioxid, Glas, Nitrid oder Keramik. Such hydrophobic polymers are, for example, polyimide or polystyrene. The surface on which the Polymer layer is applied, preferably consists of a inorganic material, such as a Semiconductor material, in particular silicon, a semiconductor oxide, especially silicon dioxide, glass, nitride or ceramic.

Hydrophobe Polymere, wie Polyimid oder Polystyrol, besitzen den Vorteil, dass sie mittels herkömmlicher, in der Halbleitertechnologie bekannter Verfahren auf die Oberfläche eines anorganischen Trägers aufgebracht werden können. Darüber hinaus isolieren sie den Träger elektrisch gegenüber den auf die Oberfläche der Polymerschicht aufgebrachten Molekülen oder in Zusammenhang mit diesen Molekülen stehenden Substanzen. In den beispielsweise aus einem Halbleitermaterial bestehenden Träger können somit elektrische Sensoren und Auswerteschaltungen integriert werden, ohne deren Funktion durch die auf die Oberfläche der Polymerschicht aufgebrachten Moleküle und Substanzen negativ zu beeinflussen. Have hydrophobic polymers such as polyimide or polystyrene the advantage of using conventional, in the Semiconductor technology known processes on the surface of a inorganic carrier can be applied. About that They also electrically isolate the carrier from those on the Surface of the polymer layer applied molecules or in Related substances. In for example made of a semiconductor material Carriers can thus electrical sensors and Evaluation circuits are integrated without their function by the the surface of the polymer layer applied molecules and To influence substances negatively.

Die Oberfläche des Trägers kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig oder nur teilweise mit dem organischen hydrophoben Polymer bedeckt werden, wobei mit Hilfe eines in der Halbleiterindustrie üblichen Maskenprozesses Teile der Oberfläche ausgespart werden können. Dadurch können später elektrische Anschlusskontakte (Bonds) an dem Träger, beispielsweise einem Chip, angebracht werden können. Es ist auch möglich, Teile der Oberfläche aus anderen Gründen auszusparen und so Bereiche der gegebenenfalls anorganischen Oberfläche unbedeckt zu lassen, oder umgekehrt nur solche bestimmte Stellen der Oberfläche mit dem Polymer zu beschichten, an denen später Moleküle, beispielsweise Biomoleküle, haften können. The surface of the carrier can in the inventive Process completely or only partially with the organic hydrophobic polymer are covered, with the help of an in parts of the mask process common in the semiconductor industry Surface can be left out. This can later electrical connection contacts (bonds) on the carrier, For example, a chip can be attached. It is also possible to leave out parts of the surface for other reasons and so areas of the optionally inorganic surface to be left uncovered, or vice versa only certain ones Place the surface to be coated with the polymer to which molecules such as biomolecules later adhere can.

Für die Immobilisierung wird die Polymerschicht mit organischen Molekülen, die mit dieser eine Verbindung eingehen können, in Kontakt gebracht. Das in Kontakt bringen erfolgt so, dass die Moleküle ortsspezifisch gebunden werden. The polymer layer is used for the immobilization organic molecules that connect with this can be brought into contact. The contact is done in such a way that the molecules are bound site-specifically.

Vorzugsweise sind Sensorelemente in dem Träger unterhalb der Oberfläche, auf welche die Polymerschicht aufgebracht ist, integriert, um Messungen an den auf der Oberfläche der Polymerschicht immobilisierten Molekülen vornehmen zu können. Diese Messungen können beispielsweise dazu dienen, die Eigenschaften der Biomoleküle oder chemische Reaktionen, die in deren Umgebung stattfinden, zu charakterisieren. Sensor elements are preferably in the carrier below the Surface on which the polymer layer is applied, integrated to take measurements on the surface of the To be able to carry out polymer layer immobilized molecules. These measurements can be used, for example, to: Properties of the biomolecules or chemical reactions involved in characterize their surroundings.

Beispielsweise können Antikörper an Oberflächen hydrophober Polymerschichten, beispielsweise aus einem Polyimid oder einem Polystyrol, mit denen als Träger dienende Halbleiterkörper oder Halbleiterschichten leicht beschichtet werden können, gut gebunden werden, so dass sich anschließend klassische Nachweisreaktionen wie z. B. ELISA Reaktionen durchführen lassen. For example, antibodies on surfaces can be more hydrophobic Polymer layers, for example made of a polyimide or a polystyrene with which serve as a carrier Semiconductor body or semiconductor layers are easily coated can be bound well, so that subsequently classic detection reactions such as B. Perform ELISA reactions to let.

Moleküle im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Peptide, Proteine, Gene und deren Fragmente, Nukleinsäuren, Kohlenhydratstrukturen wie Zucker, Zellen und deren Fragmente, Zellmembranbestandteile und/oder Hormone. Selbstverständlich können auch Mikroorganismen, Zellextrakte, Liganden, Antigene, Antikörper, Rezeptoren, Lektine, Glycopeptide und/oder Lipide als Molekül an der Oberfläche der Polymerschicht immobilisiert werden. Bei den Mikroorganismen kann es sich um lebende oder tote Mikroorganismen handeln, wobei die lebenden Mikroorganismen im Sinne der Erfindung sowohl wachsende als auch ruhende Zellen betreffen. Die Mikroorganismen können durch intrazelluläre Vernetzung der Zellen auf dem Träger preimmobilisiert werden, wobei unter Preimmobilisierung alle Verfahren verstanden werden, die vor dem Immobilisieren gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Fixierung der Moleküle oder Zellen führen können. Bei dem Einschluss in eine Polymermatrix zur Preimmobilisierung der Mikroorganismen werden zweckmäßigerweise Biopolymere verwendet, wie beispielsweise Polysaccharide oder Proteine oder aber synthetische Polymere. Are molecules related to the present invention in particular peptides, proteins, genes and their fragments, Nucleic acids, carbohydrate structures like sugar, cells and their fragments, cell membrane components and / or hormones. Of course, microorganisms, cell extracts, Ligands, antigens, antibodies, receptors, lectins, Glycopeptides and / or lipids as a molecule on the surface of the Polymer layer can be immobilized. With the microorganisms can be living or dead microorganisms, the living microorganisms in the sense of the invention affect both growing and resting cells. The Microorganisms can be caused by intracellular cell cross-linking be pre-immobilized on the carrier, taking under Pre-immobilization means all procedures that are understood before Immobilize according to the inventive method to a Fixation of the molecules or cells can result. In which Inclusion in a polymer matrix for pre-immobilization of the Microorganisms are expediently biopolymers used, such as polysaccharides or proteins or but synthetic polymers.

Weiterhin ist es selbstverständlich möglich, auch Liganden als Moleküle auf der Oberfläche der Polymereschicht zu immobilisieren. Liganden im Sinne der Erfindung sind z. B. Moleküle, wie zum Beispiel Proteine oder Ionen, die um eine Zentralstruktur gruppiert sein können. Liganden können ein und mehrzähnig sein. Unter Liganden können jedoch auch Moleküle verstanden werden, die an spezifische Stellen von Makromolekülen gebunden werden, beispielsweise Substrate oder Coenzyme an ein Protein. Im Sinne der Erfindung sind unter Molekülen oder Biomolekülen auch Antigene und/oder Antikörper zu verstehen. Antigene im Sinne der Erfindung sind alle Substanzen, die eine Immunantwort auslösen können. Es kann sich um körperfremde, natürliche oder synthetische Makromoleküle, insbesondere Proteine oder Polysaccharide, mit einem Molekulargewicht von über 2 Kilo-Dalton handeln sowie um Oberflächenstrukturen von Fremdpartikeln. Ein Antigen gemäß der Erfindung kann aus einem hochmolekularen Teil bestehen, der als Substrat von meist mehreren niedermolekularen Gruppen dient, die für die Spezifität der Immunantwort und die Reaktion der Antigene mit den entsprechenden Immunoglobulinen ausschlaggebend sind. Die Antigene können polyvalent und monovalent sein und so mit einer bzw. mit mehreren Antikörperarten wechselwirken. Furthermore, it is of course also possible to use ligands as molecules on the surface of the polymer layer immobilize. Ligands in the sense of the invention are e.g. B. Molecules, such as proteins or ions, around a Central structure can be grouped. Ligands can be a and be multi-toothed. Molecules can also be used as ligands understood at specific points of Macromolecules are bound, for example substrates or coenzymes of a protein. For the purposes of the invention are among molecules or biomolecules also antigens and / or antibodies understand. Antigens in the sense of the invention are all substances that can trigger an immune response. It can be foreign, natural or synthetic macromolecules, especially proteins or polysaccharides, with a Molecular weight of over 2 kilo daltons are trading as well Surface structures of foreign particles. An antigen according to the Invention can consist of a high molecular weight part, which as Serves substrate of mostly several low molecular weight groups, responsible for the specificity of the immune response and the response of the Antigens with the corresponding immunoglobulins are decisive. The antigens can be polyvalent and monovalent be and so with one or more types of antibodies interact.

Es kann auch vorgesehen sein, statt der Antigene Antikörper auf dem Träger zu immobilisieren. Unter Antikörpern werden insbesondere Glycoproteine verstanden, die spezifisch mit einem Antigen wechselwirken. Durch die Wechselwirkung kommt es zur Bildung von Antigen-Antikörper-Komplexen. Die Antikörper können beispielsweise verschiedene Gruppen der Immunglobuline sein. Die Antikörper können als intakte Antikörper oder als verschiedene Fragmente, die beispielsweise mittels Spaltung von verschiedenen Peptidasen erzeugt werden können, immobilisiert werden. Die Antikörper können vor oder während bzw. nach der Immobilisierung auf dem Träger modifiziert werden, zum Beispiel durch Reduktion, Oxidation oder durch eine Oligomerisation. Weiterhin ist es möglich, als Biomoleküle auch Rezeptoren einzusetzen. Rezeptoren sind beispielsweise Proteine, die mit einem extrazellulären Signalmolekül, beispielsweise einem Ligand, in Wechselwirkung treten und durch Konformationsänderungen bestimmte Funktionen, insbesondere über sekundäre Botenstoffe, aktivieren oder initiieren. Rezeptoren im Sinne der Erfindung können jedoch auch spezielle Zellen sein, die Reize aufnehmen und die entsprechende Informationen weiterleiten; Beispiele hierfür wären Foto-, Chemo-, Thermo- und Barorezeptoren. It can also be provided instead of the antigens antibodies immobilize on the carrier. Being under antibodies especially understood glycoproteins that specifically with interact with an antigen. It comes through the interaction for the formation of antigen-antibody complexes. The antibodies can, for example, different groups of immunoglobulins his. The antibodies can be used as intact antibodies or as various fragments, for example by means of cleavage can be generated by different peptidases, be immobilized. The antibodies can be used before or during or modified after immobilization on the support, for example by reduction, oxidation or by a Oligomerization. Furthermore, it is also possible as biomolecules Use receptors. Examples are receptors Proteins with an extracellular signaling molecule, for example a ligand, interact and through Conformation changes certain functions, especially about secondary messengers, activate or initiate. receptors In the sense of the invention, however, special cells can also be used be the stimuli and the appropriate information hand off; Examples of this would be photo, chemical, thermal and baroreceptors.

Vorzugsweise ist die Oberfläche, auf welche die Polymerschicht aufgebracht wird, weitgehend planar, d. h., es handelt sich um eine Oberfläche mit geringer Rauhigkeit wie z. B. Oberflächen von Halbleiterschichten oder Halbleiterkörpern mit integrierten Schaltungen (IC Oberflächen), die jedoch lokale mikroskopische Strukturen, die z. B. zur Aufnahme von Biomolekülen geeignet wären, aufweisen können. Preferably, the surface on which the Polymer layer is applied, largely planar, d. i.e. it is a surface with low roughness such as B. Surfaces of semiconductor layers or semiconductor bodies with integrated circuits (IC surfaces), however local microscopic structures, e.g. B. to accommodate Biomolecules would be suitable.

Unter Immobilisierung oder Preimmobilisierung im Sinne der Erfindung sind alle Methoden zur Einschränkung der Beweglichkeit und Löslichkeit von Molekülen auf chemischen, biologischen und/oder physikalischen Wegen zu verstehen, wobei die Preimmobilisierung alle Verfahren zur Fixierung der Moleküle betrifft, die vor der Immobilisierung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Die Immobilisierung und/oder Preimmobilisierung kann durch unterschiedliche Methoden erfolgen, wie der Bindung der Moleküle untereinander oder an Träger, durch Festhalten im Netzwerk einer polymeren Matrix oder Umschließen durch Membranen. Durch die Immobilisierung werden die Moleküle nicht nur wiederverwendbar, sondern können nach dem Prozess der Interaktion mit der Probe leicht wieder abgetrennt werden. Sie lassen sich in sehr viel höheren lokalen Konzentrationen und in kontinuierlichen Durchflusssystemen einsetzen. Die Bindung bzw. die Immobilisierung der Moleküle an den Träger kann durch direkte Trägerverbindung und durch Quervernetzung erfolgen. Die Trägerbindung erfolgt gemäß der Erfindung insbesondere durch ionische, adsorptive oder durch kovalente Bindung. Die Quervernetzung im Sinne der Erfindung ist eine Vernetzung der Moleküle untereinander oder mit anderen Polymeren. Bei der Immobilisierung durch Einschluss werden die Moleküle in Gelstrukturen bzw. in Membranen eingeschlossen, bevor sie auf der Oberfläche des Trägers immobilisiert werden. Under immobilization or pre-immobilization in the sense of Invention are all methods of restricting the Mobility and solubility of molecules on chemical, to understand biological and / or physical ways, the Pre-immobilization all procedures for fixing the molecules concerns that before the immobilization according to the method according to the invention are carried out. Immobilization and / or pre-immobilization can be different Methods are done like binding the molecules to each other or on carriers, by sticking to the network of a polymer Matrix or enclosed by membranes. Through the Immobilization not only makes the molecules reusable, but after the process of interacting with the sample can be easily separated again. You can be in a lot higher local concentrations and in continuous Use flow systems. The bond or the Immobilization of the molecules on the carrier can be done by direct Carrier connection and by cross-linking. The Carrier binding takes place according to the invention in particular by ionic, adsorptive or by covalent binding. The cross-linking In the sense of the invention, the molecules are crosslinked with each other or with other polymers. In the The molecules are immobilized by inclusion in gel structures or enclosed in membranes before they are on the Surface of the carrier can be immobilized.

Dem Fachmann sind zahlreiche Möglichkeiten bekannt, die Moleküle auf dem Träger zu immobilisieren. Die Immobilisierung sollte hierbei so erfolgen, dass jeder Sonde bzw. Molekül eine definierte Position auf dem Träger zugeordnet werden kann und das jede Position auf dem Träger unabhängig ausgewertet werden kann. Es kann aber auch gewünscht sein, dass sich die Auftragungsorte verschiedener Moleküle oder Sonden teilweise oder vollständig überlappen oder dass Biomolekülgemische aufgetragen werden. Die Immobilisierung kann beispielsweise mit einem an die Halbleitertechnik angelehnten Verfahren erfolgen. Im wesentlichen können die Moleküle oder Biomoleküle auf zwei prinzipiell verschiedenen Wegen auf dem Träger immobilisiert werden: (a) zum einen ist die In situ-Synthese der Moleküle an definierten Positionen auf dem Träger durch sukzessive Kopplung monomerer Synthesebausteine möglich, (b) zum anderen ist ein Ablegen und Immobilisieren von zuvor synthetisierten oder aus Bibliotheken stammenden Biomoleküle oder anderer Moleküle an definierten Positionen des insbesondere funktionalisierten Trägermaterials möglich. Hierfür können sowohl Spotting als auch Druckverfahren eingesetzt werden. Unter Spotting versteht man Verfahren, bei denen Flüssigkeitstropfen, in denen die Moleküle befindlich sind, auf dem Träger abgelegt werden, wobei durch Oberflächenwechselwirkung und Trocknung im wesentlichen runde Spots entstehen. Aber auch andere Druckverfahren ermöglichen es, die Moleküle in definierten Flächen auf der Oberfläche des Trägers abzulegen, wodurch eine stabile Bindung der Proben an die Substratoberfläche der Moleküle mit hoher Kopplungseffizienz erfolgen kann. Alle dem Fachmann bekannten Immobilisierungsmaßnahmen von Biomolekülen an z. B. Säulenmaterialien können ebenfalls verwandt werden, um die Moleküle auf dem Träger zu immobilisieren. Numerous possibilities are known to the person skilled in the art which Immobilize molecules on the carrier. Immobilization should be done so that each probe or molecule a defined position on the carrier can be assigned and that each position on the carrier is evaluated independently can be. However, it may also be desirable that the Places of application of different molecules or probes partially or completely overlap or that biomolecule mixtures be applied. The immobilization can, for example, with a process based on semiconductor technology respectively. Essentially, the molecules or biomolecules can two basically different ways on the carrier be immobilized: (a) on the one hand is the in situ synthesis of the Molecules at defined positions on the carrier successive coupling of monomeric synthesis building blocks possible, (b) to another is filing and immobilizing from before synthesized or library derived biomolecules or other molecules at defined positions in particular functionalized carrier material possible. For this you can both spotting and printing processes are used. Spotting means processes in which Drops of liquid in which the molecules are located on the Carriers are deposited, whereby through surface interaction and drying essentially round spots arise. But other printing processes also make it possible to insert the molecules in place defined areas on the surface of the carrier, which ensures stable binding of the samples to the Substrate surface of the molecules with high coupling efficiency can. All immobilization measures known to the person skilled in the art of biomolecules on z. B. Column materials can also be used to attach the molecules to the carrier immobilize.

Ausgewählte Verfahren zum Immobilisieren oder Preimmobilisieren sind beispielsweise das Contact Tip Printing, Ring and Pin Printing, Nanoelectric Printing and Nanopipetting, Bubble Jet Printing, TopSpot Printing, Micro Contact Printing, Micro Fluidic Networks-Methoden, Photolithographic Activation- Verfahren, Photoresist Lithography, Electrochemical Focusing und Micro Wet Printing. Erfindungsgemäß können alle diese Verfahren angewendet werden. Selected methods of immobilization or Pre-immobilization is, for example, contact tip printing, ring and Pin Printing, Nanoelectric Printing and Nanopipetting, Bubble Jet Printing, TopSpot Printing, Micro Contact Printing, Micro Fluidic Networks Methods, Photolithographic Activation- Process, photoresist lithography, electrochemical focusing and Micro Wet Printing. According to the invention, all of these can Procedures are applied.

In Sinne der Erfindung können als Träger anorganische Oberflächen umfassend Metall, Polypropylen, Teflon, Polyethylen, Polyester, Polystyren, Nitrid, Keramik und/oder Glas eingesetzt werden, beziehungsweise IC (integrated circuit) Oberflächen, Silizium, Siliziumdioxid oder andere. Metalle im Sinne der Erfindung sind alle Verbindungen, deren Zusammenhalt durch ein Kristallgitter entsteht. Die Grenze zwischen Metallen und Nichtmetallen ist fließend, so dass auch die Elemente Ce, Sn, As und Sb im Sinne der Erfindung Metalle sind. Zu den Metallen gemäß der Erfindung gehören auch die metallischen Gläser, das heißt Werkstoffe, die sich in einem metastabilen, weitgehend amorphen Zustand befinden. Selbstverständlich sind auch metallisch leitfähige Polymere Metalle im Sinne der Erfindung. Vorteilhafter Weise weisen Metalle im Sinne der Erfindung insbesondere eine gute Festigkeit, eine gute Härte und Verschleißbeständigkeit, eine hohe Zähigkeit und eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit auf. Polypropylene im Sinne der Erfindung sind thermoplastische Polymere des Propylens. Polypropylene zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Härte, Rückstellfähigkeit, Steifheit und Wärmebeständigkeit aus. Teflon gemäß der Erfindung sind Polytetrafluoroethylene, die vorteilhafter Weise gute thermoplastische Eigenschaften aufweisen. Polyethylene entstehen insbesondere durch eine Polymerisation von Ethylen nach im wesentlichen zwei unterschiedlichen Methoden, dem Hochdruck- und dem Niederdruckverfahren. Polyethylene, die im Hochdruckverfahren hergestellt werden, weisen vorteilhafter Weise eine geringe Dichte auf. Die Eigenschaften von Trägern, die Polypropylen umfassen, werden im wesentlichen durch den Charakter des Polyethylen als partiell kristallinem Kohlenwasserstoff bestimmt. Vorteilhafter Weise sind Polyethylene bis zu 60° Grad in allen üblichen Lösungsmitteln praktisch unlöslich. Vorteilhafter Weise bewirken polare Flüssigkeiten wie Alkohol, Ester und Ketone bei Zimmertemperatur kaum eine Quellung von Polyethylenen und somit der Trägerbeschichtung. Gegen Wasser, Laugen und Salzlösungen sowie anorganischen Säuren verhalten sich Polyethylene vorteilhafter Weise völlig indifferent. Träger, die Polyethylene umfassen, haben z. B. eine sehr geringe Wasserdampfdurchlässigkeit. Der Träger kann jedoch zweckmäßigerweise auch Polyester umfassen. Polyester im Sinne der Erfindung sind Verbindungen, die durch Ringöffnungspolymerisation von Lactonen oder durch Polykondensation von Hydroxycarbonsäuren bzw. von Diolen und Dicarbonsäuren bzw. Dicarbonsäurederivaten hergestellt werden. Polyester im Sinne der Erfindung umfassen auch Polyesterharze, Polyesterimide, Polyesterkautschuke, Polyesterpolyole und Polyesterpolyuretane. Polyester sind vorteilhafter Weise Thermoplaste und besitzen ausgesprochenen Werkstoffcharakter. Sie zeichnen sich beispielsweise durch eine hohe Thermostabilität aus und können zu Legierungen mit Metallen, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium und Magnesium, verarbeitet werden. For the purposes of the invention, inorganic supports can be used Surfaces comprising metal, polypropylene, teflon, polyethylene, Polyester, polystyrene, nitride, ceramic and / or glass are used, or IC (integrated circuit) Surfaces, silicon, silicon dioxide or others. Metals in All compounds whose A crystal lattice creates cohesion. The border between Metals and non-metals is fluent, so that too Elements Ce, Sn, As and Sb in the sense of the invention metals are. The metals according to the invention also include metallic glasses, that is, materials that are in one metastable, largely amorphous state. Metallically conductive polymers are of course also metals in the sense of the invention. Metals advantageously have in According to the invention, in particular good strength, a good hardness and wear resistance, high toughness and good electrical and thermal conductivity. Polypropylenes in the sense of the invention are thermoplastic Polymers of propylene. Polypropylenes stand out especially due to high hardness, resilience, rigidity and Heat resistance. Teflon according to the invention Polytetrafluoroethylene, which is advantageously good have thermoplastic properties. Polyethylenes are created in particular by a polymerization of ethylene by im essentially two different methods, the high pressure and the low pressure process. Polyethylenes used in High-pressure processes are advantageously produced low density. The properties of carriers that Polypropylene are essentially covered by the Character of polyethylene as partially crystalline Determined hydrocarbon. Polyethylenes are advantageously up to 60 ° C practical in all common solvents insoluble. Polar liquids such as Almost no alcohol, esters and ketones at room temperature Swelling of polyethylenes and thus the carrier coating. Against water, alkalis and salt solutions as well as inorganic Acids advantageously behave completely in polyethylenes indifferent. Carriers comprising polyethylenes have e.g. B. a very low water vapor permeability. The carrier can however expediently also include polyester. polyester for the purposes of the invention are compounds which are Ring opening polymerization of lactones or by polycondensation of hydroxycarboxylic acids or of diols and dicarboxylic acids or dicarboxylic acid derivatives. Polyester in According to the invention, polyester resins also include Polyester imides, polyester rubbers, polyester polyols and Polyesterpolyuretane. Polyesters are advantageously thermoplastics and have a distinct material character. they draw are characterized, for example, by high thermal stability and can lead to alloys with metals, such as Copper, aluminum and magnesium can be processed.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Träger Keramik umfasst. Keramik im Sinne der Erfindung ist eine Sammelbezeichnung für insbesondere anorganische und überwiegend nicht-metallische Verbindungen, die zu mehr als 30 Vol.% kristalline Materialien umfassen. Dem Fachmann sind verschiedene Keramiken bzw. keramische Werkstoffe bekannt, die er als Träger einsetzen kann. Es kann sich beispielsweise um sogenanntes Steingutgeschirr, Spaltplatten, Laborporzellan, Aluminiumoxidkeramik, Dauermagnetwerkstoffe, Silicasteine und Magnesiasteine handeln. Bei tonkeramischen Werkstoffen wird im Sinne der Erfindung in grobe und feine Werkstoffe unterschieden, wobei feine tonkeramische Werkstoffe Irdengut, Steingut, Steinzeug und Porzellan umfassen. Es können jedoch mit Vorteil auch sonderkeramische Werkstoffe wie Glas-, Oxidkeramik, SiC-Steine und schmelzflüssig gegossene Steine als Träger eingesetzt werden. Bevorzugt kann der Träger auch Glas umfassen. Glas im Sinne der Erfindung sind Stoffe, im amorphen, nichtkristallinen Festzustand, das heißt, der Glaszustand lässt sich im Sinne der Erfindung als eingefrorene unterkühlte Flüssigkeit bzw. Schmelze auffassen. Gläser sind daher anorganische oder organische, meist oxidische Schmelzprodukte, die durch einen Einführvorgang ohne Auskristallisation der Schmelzphasenkomponenten in einen festen Zustand überführt wurden. Selbstverständlich sind im Sinne der Erfindung auch Kristalle, Schmelzen und unterkühlte Schmelzen als Gläser aufzufassen. Die Gläser können zum Beispiel Flachglas, Laborgeräteglas, Bleikristallglas, Faserglas, optische Glasfasern und andere sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass Silicat-freie Gläser beispielsweise Phosphatgläser eingesetzt werden. Der Träger kann jedoch auch so beschaffen sein, dass optische Gläser, das heißt, z. B. Gläser mit besonderen optischen Brechungsindexen, eingesetzt werden. However, it can also be provided that the carrier is ceramic includes. Ceramic in the sense of the invention is one Collective name for especially inorganic and predominantly non-metallic compounds containing more than 30% by volume include crystalline materials. The skilled person is different Ceramics or ceramic materials known that he as Carrier can use. For example, it can be so-called earthenware, split plates, laboratory porcelain, Alumina ceramics, permanent magnet materials, silica stones and Act magnesia stones. In the case of clay ceramic materials, In terms of the invention in coarse and fine materials distinguished, whereby fine clay-ceramic materials earthenware, earthenware, Stoneware and porcelain include. However, you can use Advantage also special ceramic materials such as glass, oxide ceramics, SiC stones and molten cast stones as supports be used. The carrier can preferably also be glass include. Glass in the sense of the invention are substances, in the amorphous, non-crystalline solid state, that is, the glass state can be considered frozen in the sense of the invention Collect supercooled liquid or melt. Glasses are therefore inorganic or organic, mostly oxidic melt products, by an insertion process without crystallization of the Melt phase components converted into a solid state were. Of course, within the meaning of the invention Crystals, melts and supercooled melts as glasses specific. The glasses can be flat glass, Laboratory equipment glass, lead crystal glass, fiber glass, optical glass fibers and be others. Of course it is also possible that Silicate-free glasses, for example phosphate glasses, are used become. However, the carrier can also be such that optical glasses, that is, e.g. B. glasses with special optical refractive indexes can be used.

Es ist im Sinne der Erfindung selbstverständlich, dass die Oberfläche der Träger modifiziert werden kann. Die Modifizierung der Träger kann insbesondere durch Einwirken von biologischen, physikalischen und/oder chemischen Einflüssen erfolgen. Physikalisches Einwirken wäre beispielsweise das Polieren, Ätzen, Beizen, Sandstrahlen, aber auch physikalische Verfahren, die zu einem Härten, Beschichten, Vergüten, Überziehen mit Schutzhäuten und ähnlichem führen. Eine Oberflächenbehandlung durch biologische Einwirkung kann beispielsweise das Bewachsen durch Mikroorganismen umfassen. Eine chemische Modifikation der Oberfläche der Träger beinhaltet beispielsweise die Behandlung mit Säuren, Basen, Metalloxiden und anderem. Die Oberfläche der Träger kann so modifiziert werden, dass die Moleküle auf dem Träger besonders gut haften bzw. so haften, dass sie in ihrer Aktivität nicht nachteilig modifiziert werden. Die Oberflächenmodifizierung umfasst auch das Beschichten mit Poly-L-Lysinen, Aminosilanen, Aldehydsilanen, Epoxy-Gruppen, Gold, Streptavidin, reaktive Gruppen, Polyacrylamid-Pads, immobilisierte Nitrocellulose und/oder aktivierten Aldehyden bzw. Agarose-Aldehyd-Gruppen, wodurch insbesondere gebunden werden: DNA, COO--Gruppen, NH2-Gruppen, Biotin, Thiol-Gruppen und andere. Eine Oberflächenmodifizierung der Träger umfasst selbstverständlich auch eine Behandlung, die zu einer erhöhten Stabilität und Bruchfestigkeit führt. Es können selbstverständlich, insbesondere beim Immobilisieren von Biomolekülen, auch klassische Oberflächenmodifizierungen aus der Histologie vorgenommen werden. It is self-evident in the sense of the invention that the surface of the carrier can be modified. The carriers can be modified in particular by the action of biological, physical and / or chemical influences. Physical action would be, for example, polishing, etching, pickling, sandblasting, but also physical processes that lead to hardening, coating, tempering, covering with protective skins and the like. A surface treatment by biological action can include, for example, overgrowth by microorganisms. A chemical modification of the surface of the carrier includes, for example, treatment with acids, bases, metal oxides and others. The surface of the carrier can be modified such that the molecules adhere particularly well to the carrier or so that their activity is not disadvantageously modified. The surface modification also includes coating with poly-L-lysines, aminosilanes, aldehyde silanes, epoxy groups, gold, streptavidin, reactive groups, polyacrylamide pads, immobilized nitrocellulose and / or activated aldehydes or agarose aldehyde groups, which in particular binds are: DNA, COO - groups, NH 2 groups, biotin, thiol groups and others. A surface modification of the carrier naturally also includes a treatment which leads to increased stability and breaking strength. Of course, especially when immobilizing biomolecules, classic surface modifications from histology can also be carried out.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen in bestimmten Abschnitten der Oberfläche der Polymerschicht weitere Halbleiterkörper oder Halbleiterschichten mit integrierten Schaltungen oder zusätzliche Mikrosysteme aufzubringen. Als Polymerschicht eignet sich hierbei insbesondere ein Polyimid, das für solche Anwendungen in der Halbleitertechnologie bekannt ist. Polyimide sind insbesondere hochtemperaturbeständige Polymere; vorteilhaft weisen sie ausgezeichnete mechanische, thermische und elektrischen Eigenschaften auf. Bisher bekannten Anwendungen des Polyimids in der Halbleitertechnologie umfassen insbesondere Pufferschichten, Passivierungsschichten, Bindeschichten und dielektrische Zwischenschichten auf dem Träger. Polyimide werden insbesondere flüssig aufgebracht und dann ausgehärtet. Bei diesem Aushärtungsschritt erhält das Polyimid mit Vorteil die gewünschten Eigenschaften. Für die Anwendungen kann das Polyimid lithographisch strukturiert werden. Polyimid kann selbstverständlich auch als Haftungsvermittler für Vergussmaterial und als Pufferschicht eingesetzt werden. Die Polyimidschicht reduziert beispielsweise den Stress im Silizium, der durch die Kapselung hervorgerufen wird und verhindert Risse an den Kanten. Das Polyimid muss insbesondere unter sehr gleichmäßigen Temperaturbedingungen gehärtet werden um Rissbildung im Polyimid und Farbungleichmäßigkeiten zu verhindern. Niedrige Sauerstoffwerte sind z. B. vorteilhaft, um eine gute Haftung zu erreichen. In one embodiment of the invention is provided in certain portions of the surface of the polymer layer further semiconductor bodies or semiconductor layers with integrated Apply circuits or additional microsystems. As Polymer layer is particularly suitable here a polyimide, that for such applications in semiconductor technology is known. Polyimides are special high temperature resistant polymers; they advantageously have excellent mechanical, thermal and electrical properties. So far known applications of the polyimide in the Semiconductor technology particularly include buffer layers, Passivation layers, bonding layers and dielectric interlayers on the carrier. In particular, polyimides become liquid applied and then cured. In this curing step the polyimide advantageously receives the desired ones Characteristics. For the applications, the polyimide can be lithographically be structured. Of course, polyimide can also as an adhesion promoter for potting material and as Buffer layer can be used. The polyimide layer is reduced for example the stress in silicon caused by the encapsulation is caused and prevents cracks on the edges. The Polyimide in particular needs to be very even Temperature conditions are cured to crack in the polyimide and To prevent color irregularities. Low Oxygen values are e.g. B. advantageous to good adhesion to reach.

Das ebenfalls als Polymerschicht zur Immobilisierung von Molekülen gemäß der Erfindung verwendbare Polystyrol ist ein thermoplastischer Kunststoff, der vor allem durch radikalische Polymerisation von Styrol gewonnen wird. Das radikalische Ende einer wachsenden Polymerkette greift nie eine Doppelbindung im Ring an, da der Benzolring eine außerordentlich stabile Struktur ist. Hieraus leiten sich mehrere Vorteile bei der Verwendung von Polystyrol ab, beispielsweise ist Polystyrol beständig gegenüber Säuren, Laugen und Alkohol. This also as a polymer layer for the immobilization of Polystyrene which can be used according to the invention is a thermoplastic, which is mainly due to radical polymerization of styrene is obtained. The radical end of a growing polymer chain never affects one Double bond in the ring because the benzene ring is an extraordinary is stable structure. This has several advantages when using polystyrene, for example Polystyrene resistant to acids, bases and alcohol.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wird das hydrophobe Polymer nur in vordefinierten Bereichen auf die Oberfläche aufgetragen. In a further advantageous embodiment of the Invention, the hydrophobic polymer is only predefined in Areas applied to the surface.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltungsform wird die Oberfläche durch Plasmabehandlung positiv und/oder negativ elektrisch geladen, d. h., die Oberflächen sind an den unterschiedlichsten Stellen unterschiedlich geladen. Polymere Werkstoffe liegen insbesondere in verschiedenen Formen vor. Die einzelnen Formen stellen unterschiedliche Anforderungen an den Bearbeitungsprozess. Je nach Ausformung der Oberfläche ist diese z. B. den Plasmen in unterschiedlicher Weise zugänglich. Eine Plasmabehandlung der Polymeroberfläche kann vorteilhafter Weise die Oberflächenenergie stark erhöhen und andere Verarbeitungsverfahren ermöglichen. Bei einer Plasmabehandlung reagieren vor allem die Ionen und Radikale des Plasmas mit der Polymeroberfläche und erzeugen dort funktionale Gruppen, welche die Oberflächeneigenschaften des Polymers mit Vorteil bestimmen. Durch die positive oder negative Ladung wird insbesondere eine bessere Benetzbarkeit und/oder eine bessere Bindung der Biomoleküle erreicht. In a further particularly preferred embodiment the surface becomes positive and / or by plasma treatment negatively charged electrically, d. that is, the surfaces are on the different places loaded differently. polymers In particular, materials come in various forms. The individual forms have different requirements to the machining process. Depending on the shape of the surface is this z. B. the plasmas in different ways accessible. Plasma treatment of the polymer surface can advantageously greatly increase the surface energy and enable other processing methods. At a Plasma treatment mainly react to the ions and radicals of the Plasmas with the polymer surface and create functional ones there Groups that have the surface properties of the polymer Determine advantage. By the positive or negative charge will in particular better wettability and / or better binding of the biomolecules achieved.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung werden UV reaktive Moleküle durch die Bestrahlung mit UV Licht kovalent immobilisiert. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, photolabile Schutzgruppen auf Glas durch Licht, das selektiv durch eine photolithografische Maske strahlt, ortsgebunden für die Oligosynthese zu aktivieren. Das Glas wird dann mit photolabilen Molekülen, beispielsweise DNA-Basen, geflutet, die an die definierten vorher beleuchteten Arraystellen binden. Für die nächsten Oligo-Basen in den Sequenzen werden dann entsprechend andere photolithographische Masken benutzt und der Vorgang wiederholt. Für Jede Base im Proben- Oligo (pro Position) werden also 4 Masken benötigt. Mit Vorteile kann so Herstellung direkt aus bekannten Sequenzdatenbanken erfolgen, wobei eine einheitliche Normierung erreicht wird. In a further preferred embodiment of the UV reactive molecules are invented by irradiation with UV Light covalently immobilized. For example, it can be provided, photolabile protecting groups on glass by light that selectively shines through a photolithographic mask, activate locally for oligosynthesis. The glass will then with photolabile molecules, such as DNA bases, flooded to the defined previously illuminated Tie array locations. For the next oligo bases in the sequences then other photolithographic masks used and the process repeated. For each base in the sample Oligo (per position) therefore 4 masks are required. With Advantages can be made directly from known ones Sequence databases take place, whereby a uniform standardization is achieved becomes.

Werden hydrophobe Moleküle, insbesondere Biomoleküle mittels eines der oben genannten Verfahren, beispielsweise einem Druckverfahren, auf die Oberfläche der hydrophoben Polymerschicht aufgebracht, so haften diese Moleküle aufgrund einer hinlänglich bekannten Wechselwirkung an dieser Oberfläche an. Become hydrophobic molecules, especially biomolecules one of the above methods, for example one Printing process, on the surface of the hydrophobic Applied polymer layer, these molecules adhere due to a well-known interaction on this surface.

Zur Immobilisierung von Molekülen an der Oberfläche der Polymerschicht ist bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, die Oberfläche der Polymerschicht wenigstens abschnittsweise, beispielsweise unter Verwendung einer herkömmlichen Maskentechnik, in einem Sauerstoffplasma zu aktivieren. Dadurch werden an der Oberfläche der Polymerschicht Aldehydgruppen, Carboxygruppen oder Hydroxidgruppen gebildet. Diese Gruppen sind hydrophil und ermöglichen kovalente Bindungen mit Biomolekülen, die auf diese aktivierten Bereiche, beispielsweise durch Bedrucken mit einer die Moleküle enthaltenden Lösung, aufgebracht werden. Diese kovalenten Bindungen sind so stabil, dass die Polymerschicht mit den darauf immobilisierten Molekülen anschließend in Seife gekocht werden kann, ohne die Bindungen zu zerstören. For the immobilization of molecules on the surface of the Polymer layer is in one embodiment of the inventive method provided the surface of the polymer layer at least in sections, for example using a conventional mask technique, in an oxygen plasma to activate. This will make the surface of the Polymer layer aldehyde groups, carboxy groups or hydroxide groups educated. These groups are hydrophilic and allow covalent bonds with biomolecules that activated them Areas, for example by printing with a die Solution containing molecules are applied. This covalent bonds are so stable that the polymer layer with the then immobilized molecules in soap can be cooked without breaking the bonds.

Vorzugsweise wird die Oberfläche nur inselhaft durch Sauerstoffplasmabehandlung aktiviert, wobei die die "Insel" umgebenden hydrophob gebliebenen Bereiche der Polymerschicht ein Verlaufen der aufgebrachten Lösung auf der Oberfläche begrenzen. The surface is preferably only island-like Oxygen plasma treatment activated, which is the "island" surrounding areas of the polymer layer which have remained hydrophobic the applied solution runs on the surface limit.

Im Folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein. In the following, the invention will be described with reference to Embodiments are described in more detail without referring to these examples to be limited.

Beispiel 1example 1

Silizium-Sensorchips mit CMOS Photodioden werden mit Polystyrol im Spincoater mit einer Schicht von ca. 100 bis 200 nm Polystyrol überzogen. Dazu werden die Chips mit 200 µl einer 0,1% (w/v) Polystyrol-Lösung in Toluol für eine Minute bei 3000 rpm im Spincoater beschichtet. Anschließend werden die Sensorbereiche (Photodioden) mit einer Proteinlösung in einer rasterartigen Anordnung bedruckt. Es werden Antikörper in PBS-Puffer verwendet. Die Antikörper werden jeweils in einer Konzentration von 5 µg/ml eingesetzt. Ein Teil des Rasters wird mit Antikörpern bedruckt, die mit Fluoreszenzfarbstoffen konjugiert sind. Die Antikörper werden in einer feuchten Kammer bei 4°C über Nacht inkubiert und die nicht gebundenen anschließend mit PBS Puffer abgespült. Nach dem Waschen mit Aqua dest. wird der Erfolg der Immobilisierung mit Hilfe eines Fluoreszenzmessgerätes überprüft. Die erfolgreiche Bindung der Antikörper an die Sensorbereiche wird durch die Fluoreszenz der Antikörper nachgewiesen. Anschließend wird der Chip durch Aufbringen einer Reaktionskammer aus PMMA versiegelt. Die Aufbringung der Reaktionskammer erfolgt durch Verbindung des PMMA an die Polystyrolschicht. Der fertige Aufbau wird noch durch die Verwendung eines kommerziellen erhältlichen Stabilisierungsreagenz für Proteine stabilisiert und ist einsatzfertig. Silicon sensor chips with CMOS photodiodes are used Polystyrene in a spin coater with a layer of approx. 100 to 200 nm Polystyrene covered. For this purpose, the chips with one 200 µl 0.1% (w / v) polystyrene solution in toluene for one minute 3000 rpm coated in a spin coater. Then the Sensor areas (photodiodes) with a protein solution in one printed grid-like arrangement. There are antibodies in PBS buffer used. The antibodies are each in a Concentration of 5 µg / ml used. Part of the grid is printed with antibodies using fluorescent dyes are conjugated. The antibodies are in a damp Chamber incubated at 4 ° C overnight and the unbound then rinsed with PBS buffer. After washing with Aqua dest. the success of immobilization with the help of a Fluorescence meter checked. The successful bond the antibody to the sensor areas is replaced by the Fluorescence of the antibodies detected. Then the chip sealed by attaching a PMMA reaction chamber. The reaction chamber is attached by connection of the PMMA to the polystyrene layer. The finished construction will yet through the use of a commercially available Stabilizing reagent for proteins is stabilized and ready to use.

Beispiel 2Example 2

Slizium-Sensorchips mit CMOS Photodioden werden bereits auf dem Waver mit einer 5 µm Schicht Polyimid beschichtet. Anschließend wird das Polyimid mit einem Copolymer aus Benzophenonmetacrylat und Acrylsäure beschichtet. Die Träger können dann auf einfache Weise mit Biomolekülen wie DNA (5 µM Oligonukleotid in PBS Puffer) bedruckt werden. Die Immobilisierung erfolgt durch UV-Belichten bei 300 nm für ca. 10 Minuten. Das Benzophenon des Copolymers bildet dabei Radikale, die an das Polyimidcoating sowie an die DNA eine kovalente Bindung herstellen. Der gleiche Prozess lässt sich auch mit allen anderen Biomolekülen wie Proteinen, insbesondere Antikörpern, Peptiden, Zuckern, Lipiden und Triglyceriden sowie auch komplexen Strukturen derselben durchführen. Silicon sensor chips with CMOS photodiodes are already on coated the waver with a 5 µm layer of polyimide. Then the polyimide is made with a copolymer Benzophenone methacrylate and acrylic acid coated. The bearers can then be easily combined with biomolecules such as DNA (5 µM Oligonucleotide in PBS buffer) are printed. The Immobilization is carried out by UV exposure at 300 nm for approx. 10 Minutes. The benzophenone of the copolymer forms radicals, which is covalent to the polyimide coating and to the DNA Create a bond. The same process can also be done with all other biomolecules such as proteins, especially Antibodies, peptides, sugars, lipids and triglycerides as well also perform complex structures of the same.

Claims (7)

1. Verfahren zum Immobilisieren von Molekülen auf Oberflächen, das folgende Verfahrensschritte umfasst: - Aufbringen einer Schicht eines hydrophoben Polymers auf die Oberfläche, - Immobilisieren von Molekülen auf einer Oberfläche der Schicht. 1. A method for immobilizing molecules on surfaces, comprising the following process steps: Applying a layer of a hydrophobic polymer to the surface, - Immobilizing molecules on a surface of the layer. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Polymer ein Polyimid und/oder Polystyrol ist. 2. The method of claim 1, wherein the polymer Is polyimide and / or polystyrene. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Polymerschicht nur in vordefinierten Bereichen auf die Oberfläche aufgetragen wird. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the Polymer layer on the surface only in predefined areas is applied. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche der Polymerschicht wenigstens abschnittsweise durch Plasmabehandlung positiv oder negativ elektrisch geladen wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, in which the surface of the polymer layer at least in sections positive or negative electrical by plasma treatment is loaded. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem UV reaktive Moleküle durch die Bestrahlung mit UV Licht kovalent immobilisiert werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, at the UV reactive molecules by exposure to UV light covalently immobilized. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Polymerschicht wenigstens abschnittsweise in einem Sauerstoffplasma aktiviert wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, in which the polymer layer at least in sections in one Oxygen plasma is activated. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Teil der Oberfläche der Polymerschicht für eine Aufbringung mit einer integrierten Schaltung (integrated circuit (IC)) oder einem Mikrosystem genutzt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, at which is part of the surface of the polymer layer for one Application with an integrated circuit (integrated circuit (IC)) or a microsystem.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009026622A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Shaped bodies with embedded coupling particles for biomolecules

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5169757A (en) * 1987-05-20 1992-12-08 Carleton University Antibodies or antigens bound to a macroporous hydrophobic synthetic polymer cloth for immunological techniques
DE4241330A1 (en) * 1992-12-08 1994-06-09 Sabine Dr Lauer Selective ELISA determn. of anti-cardiolipin antibodies - which differentiates antibodies against cardiolipin-beta-2- glycoprotein-1 complex, for diagnosis of auto:immune diseases

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5169757A (en) * 1987-05-20 1992-12-08 Carleton University Antibodies or antigens bound to a macroporous hydrophobic synthetic polymer cloth for immunological techniques
DE4241330A1 (en) * 1992-12-08 1994-06-09 Sabine Dr Lauer Selective ELISA determn. of anti-cardiolipin antibodies - which differentiates antibodies against cardiolipin-beta-2- glycoprotein-1 complex, for diagnosis of auto:immune diseases

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Wang, H., Tseng, K., Lebrilla, C.B.: A General Method for Producing Bioaffinity MALDI Probes In: Analytical Chemistry (1999), 71(10), 2014-2020 *
Worall, T.A.: Cotter, R.J., Woods, A.S.: Purifica-tion of Contaminated Peptides and Protein on Syn- thetic Membrane Surface for Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometer. In: Ana- lytical Chemistry (1998), 70(4), 750-756 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009026622A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Shaped bodies with embedded coupling particles for biomolecules

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